DE102009013084A1

DE102009013084A1 - Schleiffeder-Kontaktsystem

Info

Publication number: DE102009013084A1
Application number: DE102009013084A
Authority: DE
Inventors: Thomas Luthardt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Die Erfindung gibt ein Schleiffeder-Kontaktsystem zur Stromübertragung über Schleifringe rotierender Wellen mit mindestens einem Federelement (1) an, bei dem ein mit dem Federelement (1) in Wirkverbindung stehendes Dämpfungselement das Federelement (1) bedämpft. Dadurch wird die Schwingungsanfälligkeit der bewegten Teile in einem Schleiffeder-Kontaktsystem reduziert und ein Abrieb und die Bildung von Stäuben vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein im Patentanspruch 1 angegebenes Schleiffeder-Kontaktsystem zur Stromübertragung über Schleifringe rotierender Wellen mit mindestens einem Federelement.
Elektrische Motoren und Generatoren, mit denen elektrische Energie in Rotationsenergie oder umgekehrt Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird, benötigen eine Stromzuführung für die drehbar angeordnete Spule, die kraftschlüssig oder formschlüssig mit der Drehachse verbunden ist. Dies erfolgt üblicherweise über mit der Drehachse verbundene und mit dieser konzentrische Schleifringe, die mit Kontaktelementen (Bürsten) z. B. aus Kohlenstoff-Werkstoffen leitend verbunden sind, oder über die Paarung von Kontaktelementen mit sogenannten Kommutatoren oder Kollektoren, die neben der Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen dem feststehenden und dem drehenden Teil der elektrischen Maschine auch die Stromwendung (bei Gleichstrommaschinen) bewirken. Für Wechselstrommaschinen werden Schleifringe einzeln oder mehrfach je Phase benötigt.
Die Schleifringe werden zu Schleifringkörpern durch isolierende Befestigungen mit der Drehachse verbunden, wobei sie dieser gegenüber und untereinander isoliert sind. Entlang des Umfangs der Schleifringe sind elektrisch leitende Kontaktelemente ortsfest angeordnet, die durch Federkraft mit der Oberfläche der Schleifringe in Kontakt gehalten werden.
Der Einbau sowie die Ausbildung der verwendeten Feder üben einen wesentlichen Einfluss auf die Stromübertragung aus, da Ungenauigkeiten der Befestigungsstellen für die Schleiffeder sich erheblich auf die wirksame Kontaktkraft auswirken. Die Kontaktelemente müssen die Toleranzen der bewegten Teile kompensieren können. Deswegen werden Federelemente eingesetzt, die eine stetige Vorspannung unter Berücksichtigung der Toleranzbewegungen gewährleisten. Die derzeit bekannten Schleif feder-Kontaktsyteme weisen blatt- oder spiralgefederte Elemente auf.
Aus der Patentschrift DE 1209632 ist ein Schleiffederkontaktsystem bekannt, bei dem die vorzugsweise aus Runddraht hergestellte Schleiffeder an ihrem dem Schleifring zugewandten Ende derart gebogen ist, dass sie den Schleifring zangenartig umfasst und an zwei gegenüberliegenden Stellen den Schleifring berührt, wobei die Kontaktkraft lediglich durch die Federwirkung des vorgefertigten Bogenstücks der Schleiffeder festgelegt ist, und dass das andere Ende der Schleiffeder derart angeordnet ist, dass durch die Befestigungsstelle keine äußeren Kräfte auf den Schleifring übertragen werden.
Bei den bekannten Schleiffeder-Kontaktsystemen besteht das Problem, dass die eingesetzten gefederten Elemente leicht zum Schwingen angeregt werden und dadurch unerwünschte Nebeneffekte auslösen. So entsteht beispielsweise ein erhöhter Abrieb der sich berührenden Schichten. In der Folge können sich Stäube bilden, die zu Kriechwegverkürzung durch Verschmutzung und damit zu Überschlägen führen können. Zum Teil werden diese unerwünschten Effekte durch redundant erzeugte Kontakte durch Einsatz von mehreren Kontaktelementen kompensiert, was sich wiederum in erhöhten Herstellungskosten niederschlägt.
Es ist Aufgabe der Erfindung diese Nachteile zu überwinden und ein verbessertes Schleiffeder-Kontaktsystem anzugeben.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit dem Schleiffeder-Kontaktsystem zur Stromübertragung über Schleifringe rotierender Wellen mit mindestens einem Federelement des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung beansprucht ein Schleiffeder-Kontaktsystem zur Stromübertragung über Schleifringe rotierender Wellen mit mindestens einem Federelement. Das Kontaktsystem umfasst ein mit dem Federelement in Wirkverbindung stehendes Dämpfungselement, das das Federelement bedampft. Das Dämpfungselement bewirkt eine Energieabsorption durch Friktion der Verformungsenergie. Durch ein so ausgestaltetes Schleiffeder-Kontaktsystem wird die Schwingungsanfälligkeit des Federelementes durch die zusätzliche mechanische Bedämpfung erheblich reduziert. Die Schleifringsysteme werden dadurch weniger fehleranfällig, was zu weiteren Kostenvorteilen führt.
In einer ersten Ausführungsform umfasst das Federelement eine Blattfeder, in einer zweiten Ausführungsform eine Spiralfeder. Damit ist die Erfindung für diese häufig zum Einsatz kommenden Federelemente einsetzbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Dämpfungselement eine weichelastische Schicht. Als Material für die weichelastische Schicht kann beispielsweise Schaum oder Gummi eingesetzt werden. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Verformung, die die Feder auf die weichelastische Schicht einbringt, durch die Verformung der Schicht absorbiert.
In einer besonderen Ausführungsform ist die weichelastische Schicht auf der Ober- und/oder Unterseite der Blattfeder angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform wird die als Federelement einsetzbare Spiralfeder durch die weichelastische Schicht umhüllt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Dämpfungselement eine Blattfeder oder eine Mehrfachblattfeder. Vorteilhaft daran ist, dass dadurch die Energieabsorption durch Friktion der Verformungsenergie verstärkt wird.
Die wie beschrieben gestaltbaren Schleifring-Kontaktsysteme finden Anwendung in Schleifringsystemen mit mindestem einem Schleifring und einem Kontaktsystem und können beispielsweise in Computertomographen eingesetzt werden.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen zu mehreren Ausführungsbeispielen anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
1: eine Seitenansicht eines Schleiffeder-Kontaktsystems mit einer Blattfeder als Federelement und einer weichelastischen Schicht als Dämpfungselement,
2: eine Seitenansicht eines Schleiffeder-Kontaktsystems mit einer Spiralfeder als Federelement und einer Spiralfeder mit einer weichelastischen Schicht als Dämpfungselement und
3: eine Seitenansicht eines Schleiffeder-Kontaktsystems mit einer Blattfeder als Federelement und einer Mehrfachblattfeder als Dämpfungselement.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Schleiffeder-Kontaktsystems mit einer Blattfeder 1 als Federelement und einer weichelastischen Schicht 3 als Dämpfungselement. Die Blattfeder 1 ist an einer Federelement-Halterungsvorrichtung 2 befestigt ist. Durch eine auf der Blattfeder 1 auf der Ober- und Unterseite aufgebrachte weichelastische Schicht 3 wird eine Wirkverbindung zwischen der Blattfeder 1 und der weichelastischen Schicht 3 hergestellt, die die Blattfeder 1 zusätzlich mechanisch bedämpft. Am unbefestigten Ende der Blattfeder 1 ist ein Kontaktelement 4 angebracht, das durch die Federkraft der mit der weichelastischen Schicht 3 gedämpften Blattfeder 1 mit der Oberfläche eines Schleifrings 5 in Kontakt gehalten wird. Durch die Friktion zwischen der Blattfeder 1 und der weichelastischen Schicht 3 wird Energie absorbiert und die Schwingungsneigung der Blattfeder 1 reduziert.
2 zeigt eine Seitenansicht eines Schleiffeder-Kontaktsystems mit einer Spiralfeder 6 als Federelement und einer weichelastischen Schicht 3 als Dämpfungselement. Die Spiralfeder 6 ist als Federelement an einer Federelement-Halterungsvorrichtung 2 befestigt. Die Spiralfeder 6 wird von der weichelastischen Schicht 3 als Dämpfungselement umhüllt. Dadurch besteht eine Wirkverbindung zwischen der Spiralfeder 6 und der weichelastischen Schicht 3, die die Spiralfeder 6 zusätzlich mechanisch bedampft. An der Spiralfeder 6 ist das Kontaktelement 4 angebracht, das durch die Federkraft der Spiralfeder 6 mit der Oberfläche des Schleifrings 5 in Kontakt gehalten wird.
3 zeigt eine Seitenansicht eines Schleiffeder-Kontaktsystems mit einer Blattfeder 1 als Federelement und einer Mehrfachblattfeder 7 als Dämpfungselement. Die Blattfeder 1 als Federelement ist an einer Federelement-Halterungsvorrichtung 2 befestigt. Die Blattfeder 1 ist an der Unterseite mit der Mehrfachblattfeder 7 verbunden. Dadurch besteht eine Wirkverbindung zwischen der Blattfeder 1 und der Mehrfachblattfeder 7, die die Blattfeder 1 zusätzlich mechanisch bedämpft. Am unbefestigten Ende der Blattfeder 1 ist das Kontaktelement 4 angebracht, das durch die Federkraft der mit der Mehrfachblattfeder 7 gedämpften Blattfeder 1 mit der Oberfläche des Schleifrings 5 in Kontakt gehalten wird.

1: Blattfeder als Federelement
2: Federelement-Halterungsvorrichtung
3: weichelastische Schicht als Dämpfungselement
4: Kontaktelement
5: Oberfläche des Schleifrings
6: Spiralfeder als Federelement
7: Mehrfachblattfeder als Dämpfungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 1209632 [0005]

Claims

Schleiffeder-Kontaktsystem zur Stromübertragung über Schleifringe rotierender Wellen mit mindestens einem Federelement, gekennzeichnet durch: ein mit dem Federelement in Wirkverbindung stehendes Dämpfungselement, welches das Federelement bedämpft.
Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine Blattfeder (1) umfasst.
Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine Spiralfeder (6) umfasst.
Kontaktsystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement eine weichelastische Schicht (3) umfasst.
Kontaktsystem nach Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weichelastische Schicht (3) auf der Ober- und/oder Unterseite der Blattfeder (1) anordenbar ist.
Kontaktsystem nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weichelastische Schicht (3) die Spiralfeder (6) umhüllt.
Kontaktsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement eine Blattfeder oder eine Mehrfachblattfeder (7) umfasst.
Schleifringsystem mit mindestem einem Schleifring und einem Kontaktsystem nach einem der vorigen Ansprüche.